CN113846393A - 一种具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于气凝胶隔热材料技术领域，具体涉及一种具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维及其制备方法和应用。该制备方法包括步骤：1)采用二氧化硅气凝胶水性分散液作为同轴湿法纺丝的內相，采用湿法纺丝用聚合物溶液作为同轴湿法纺丝的外相，进行湿法纺丝；2)在纺丝细流从同轴纺丝喷嘴出来后，经凝固浴固化得到预成型纤维，再将预成型纤维经50～80℃的高温干燥定型，然后进行收卷，得到具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维。本发明由于纤维高聚物致密皮层的包覆及支撑作用，二氧化硅气凝胶功能组分添加量高，纤维及其织物隔热性能优异，且纤维及其织物不掉粉、功能不衰退失效同时拥有较高的强度。

Description

一种具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维及 其制备方法和应用
技术领域
本发明属于气凝胶隔热材料技术领域，具体涉及一种具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维及其制备方法和应用。
背景技术
纤维或织物状的隔热材料作为核心功能材料，在加热或制冷设备、化工管道、建筑墙体、保暖服饰、床上用品、户外运动装备、高温流体或低温流体管道保温管套等众多领域中都有广泛的用途。
二氧化硅气凝胶是一种具有极高孔隙率、极高比表面、极低密度的多孔材料，是目前已知的热导率最低的固体材料，在保温隔热领域中具有广阔应用前景。由于二氧化硅气凝胶含有大量孔洞，且孔洞的骨架十分纤细，二氧化硅气凝胶很容易发生孔洞的塌陷和结构的破坏，从而使其高隔热性能的大幅度下降。因此，纯的二氧化硅气凝胶纤维难以应用在纤维或织物领域，通常需要作为功能组分添加到聚合物中。目前被报道的二氧化硅气凝胶与聚合物复配制成的纤维或织物主要有四种类型。1.在纤维聚合物造粒过程中，通过熔融共混挤出，将二氧化硅气凝胶粉末添加到聚合物中并制成母粒，然后通过熔融纺丝制得二氧化硅气凝胶/聚合物杂化纤维(如，CN112853536A)；2.在纤维聚合物聚合过程中通过原位复合法将二氧化硅气凝胶粉末添加到反应釜中，从而制的含有二氧化硅的杂化材料，然后通过熔融纺丝制得二氧化硅气凝胶/聚合物杂化纤维(如，CN110257946A)；3.先制备皮层具有多孔结构而芯层可溶解的皮芯纤维，然后溶解芯层制成中空纤维模板，再将二氧化硅气凝胶前驱体注入到中空纤维中，再通过溶胶-凝胶化在中空纤维中原位生产二氧化硅气凝胶(如，CN111620667A)；4.将二氧化硅气凝胶粉末制成含粘结剂的分散液，然后通过上浆或涂覆的方法在聚合物纤维或织物表面附着二氧化硅气凝胶涂层(如，CN112961592A)。然而，这四种制备二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维的方法都存在缺陷。第一种及第二种方法，由于需要考虑二氧化硅气凝胶粉末添加入高聚物中后对熔融纺丝可纺性的影响，因此可添加量非常低，纤维隔热性能较差，并且纤维会出现强度过低的问题。第三种方法过程复杂，流程繁冗，由于制备过程中需溶解掉芯层会造成纤维制备成本高昂。同时，为了使二氧化硅气凝胶前驱体能顺利进入纤维芯层，纤维皮层需具有多孔结构，这会造成这种方法的普适性不足以及生产难度大。第四种方法所制得的纤维或织物相比于其它三种方法制的二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维，其二氧化硅气凝胶功能组分位于纤维或织物的表面，这会造成二氧化硅气凝胶在纤维或织物应用及洗涤过程中容易发生掉粉或脱落而发生材料功能的失效。。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题(如二氧化硅气凝胶可添加量低，导致隔热性能差、纤维强度低、制备流程繁冗、加工效率低、适用范围窄、功能组分易脱落而使功能失效等)，本发明提供了一种具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维及其制备方法和应用。该方法利用同轴纺丝，制备得到二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维。该杂化纤中二氧化硅气凝胶功能组分添加量高，纤维及其织物隔热性能优异，且纤维及其织物不掉粉、隔热性能不衰退失效，同时拥有较高的强度。本发明的技术方案流程简单、成本低廉、普适好且适合工业化连续生产的。
本发明所提供的技术方案如下：
一种具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的制备方法，包括以下步骤：
1)采用二氧化硅气凝胶水性分散液作为同轴湿法纺丝的內相，采用湿法纺丝用聚合物溶液作为同轴湿法纺丝的外相，进行湿法纺丝；
2)在纺丝细流从同轴纺丝喷嘴出来后，经凝固浴固化得到预成型纤维，再将预成型纤维经50～80℃的高温干燥定型，然后进行收卷，得到具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维。
基于上述技术方案，制备得到的杂化纤维的纤维皮层为致密的高聚物，芯层为二氧化硅气凝胶粉体。由于纤维高聚物致密皮层的包覆及支撑作用，二氧化硅气凝胶功能组分添加量高，纤维及其织物隔热性能优异，且纤维及其织物不掉粉、功能不衰退失效同时拥有较高的强度。
具体的，步骤1)中，所述二氧化硅气凝胶水性分散液的制备方法包括如下步骤：按照质量百分含量，将80～95％的水、3～15％的二氧化硅气凝胶、1～3％的海藻酸钠以及1％～2％的聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯进行混合，然后均质，得到含有气泡的均匀分散液，然后进行真空脱泡，得到二氧化硅气凝胶水性分散液。例如，可以使用均质乳化机均质30分钟得到含气泡的均匀分散液，再使用真空脱泡机进行真空脱泡1小时，得到二氧化硅气凝胶水性分散液。
基于上述技术方案，可以通过同轴湿法纺丝形成高二氧化硅气凝胶含量的芯层。
具体的，步骤1)中，所述湿法纺丝用聚合物溶液包括但不限于：
聚乙烯醇溶液，按照质量百分含量，其包括10％～20％的聚乙烯醇和80％～90％的水；
纤维素溶液，按照质量百分含量，其包括3％～6％的粘胶纤维素、82％～91％的N,N-二甲基乙酰胺和6％～12％的氯化锂，其中粘胶纤维素与氯化锂质量比为1:2；
海藻酸钠溶液，按照质量百分含量，其包括1％～4％的海藻酸钠和96％～99％的水；
聚丙烯腈溶液，按照质量百分含量，其包括15％～20％聚丙烯腈和80％～85％二甲基亚砜。
基于上述技术方案，可以通过同轴湿法纺丝形成致密的包覆皮层。
具体的，步骤1)中高聚物采用聚乙烯醇溶液，对应的，步骤2)中，依次采用第一段凝固浴溶液和第二段凝固浴溶液进行固化，其中：第一段凝固浴溶液为80wt％以上的乙醇的水溶液；第二段凝固浴包括20wt％～25wt％硫酸、2wt％～2.5wt％甲醛和78wt％～72.5wt％的水，其中硫酸与甲醛质量比为10:1。
具体的，步骤1)中高聚物采用纤维素溶液，对应的，步骤2)中采用的凝固浴溶液为纯水。
具体的，步骤1)中高聚物采用海藻酸钠溶液，对应的，步骤2)中采用的凝固浴溶液为3～5wt％的氯化钙溶液。
具体的，步骤1)中高聚物采用聚丙烯腈溶液，对应的，步骤2)中采用的凝固浴溶液包括40wt％～60wt％的二甲基亚砜和40wt％～60wt％水的。
基于上述技术方案，可以实现纺丝细流的固化。其中，包括对聚乙烯醇溶液的缩醛化固化。
本发明还提供了上述制备方法制备得到的具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维。
本发明还提供了上述具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的应用，作为隔热材料。
本发明还提供了上述具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的应用，用于制备织物。
本发明所提供的杂化纤维具有良好的可纺、可织性，适于制备成织物面料。得到的织物面料具有隔热、柔软、耐洗涤。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
1)相比于通过熔融共混挤出法或原位复合法制备的二氧化硅气凝胶/聚合物杂化纤维，本发明所制得的纤维中二氧化硅气凝胶含量高、隔热性能优异、强度高；
2)相比于通过先制备中空纤维然后在中空纤维中生成二氧化硅气凝胶的方法，本发明所采用的方法过程简单、流程短、生产成本低、易于实施，且普适性更高；
3)相比于通过上浆、后整理或涂覆的方法制备的二氧化硅气凝胶/聚合物杂化纤维或织物，本发明所制得的纤维或织物中的二氧化硅气凝胶在纤维内部，可以解决二氧化硅气凝胶在纤维或织物应用及洗涤过程中掉粉或脱落而发生材料功能的失效的问题。
综上，本发明所采用的方法本身及采用此方法所制得的纤维，与现有方法及纤维相比，都具有明显优势及先进性。
具体实施方式
以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维的制备，步骤如下：
1)取9.5kg水，并按以下比例对其它原料进行称量：95％水、3％二氧化硅气凝胶、1％海藻酸钠、1％聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。将上述物料加入到15L的可加热的容器中加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌1h，停止搅拌和加热，冷却，制得二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液。
2)取9kg水置于15L的可加热的容器中，再加入1kg聚乙烯醇，并加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌30min，停止搅拌和加热，冷却，制得浓度为10％的聚乙烯醇溶液。
3)取80kg纯乙醇至于150L物料桶中，然后加入20kg水，并强力机械以500rpm的速度搅拌5min，停止搅拌，制得第一段凝固浴溶液。
4)取77.6kg水至于150L物料桶中，然后缓慢加入40kg浓度为60％的稀硫酸，并在加入过程中进行100rpm的低速机械搅拌，再加入2.4kg甲醛。然后强力机械以500rpm的速度搅拌10min，停止搅拌，制得第二段凝固浴溶液。
5)将浓度为10％的聚乙烯醇溶液倒入同轴湿法纺丝机的外相物料筒，将二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液倒入同轴湿法纺丝机的內相物料筒。使用一段长4米的水槽作为第一凝固浴槽，并倒入配制的第一段凝固浴溶液。使用一段长6米的水槽作为第二凝固浴槽，并倒入配制的第二段凝固浴溶液。然后在室温下进行湿法纺丝，并收卷纤维，在60℃下干燥12h，得到具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维。
所制得的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维强度为5.68cN/dtex，普通聚乙烯醇纤维强度为6.24cN/dtex，这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维强度保持率较高。将二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维采用箭杆梭织机织成布，所得面料导热系数为0.032W/(m·K)。而同织布工艺下制得的不含二氧化硅气凝胶的普通聚乙烯醇纤维所织面料的导热系数为0.053W/(m·K)。这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料隔热性能提升明显。所织造的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料柔软，且反复揉搓及洗涤后，无掉粉或功能组分脱离情况。即使在洗涤50次后，其导热系数仍可低至0.033W/(m·K)，这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料具有优秀的耐洗涤性能。
实施例2
具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维的制备，步骤如下：
1)取8kg水，并按以下比例对其它原料进行称量：80％水、15％二氧化硅气凝胶、3％海藻酸钠、2％聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。将上述物料加入到15L的可加热的容器中加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌1h，停止搅拌和加热，冷却，制得二氧化硅气凝胶含量为15％的二氧化硅气凝胶水性分散液。
2)取9kg水置于15L的可加热的容器中，再加入1kg聚乙烯醇，并加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌30min，停止搅拌和加热，冷却，制得浓度为10％的聚乙烯醇溶液。
3)取80kg纯乙醇至于150L物料桶中，然后加入20kg水，并强力机械以500rpm的速度搅拌5min，停止搅拌，制得第一段凝固浴溶液。
4)取77.6kg水至于150L物料桶中，然后缓慢加入40kg浓度为60％的稀硫酸，并在加入过程中进行100rpm的低速机械搅拌，再加入2.4kg甲醛。然后强力机械以500rpm的速度搅拌10min，停止搅拌，制得第二段凝固浴溶液。
5)将浓度为10％的聚乙烯醇溶液倒入同轴湿法纺丝机的外相物料筒，将二氧化硅气凝胶含量为15％的二氧化硅气凝胶水性分散液倒入同轴湿法纺丝机的內相物料筒。使用一段长4米的水槽作为第一凝固浴槽，并倒入配制的第一段凝固浴溶液。使用一段长6米的水槽作为第二凝固浴槽，并倒入配制的第二段凝固浴溶液。然后在室温下进行湿法纺丝，并收卷纤维，在60℃下干燥12h，得到具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维。
所制得的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维强度为4.92cN/dtex，普通聚乙烯醇纤维强度为6.24cN/dtex，这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维强度保持率较高。将二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维采用箭杆梭织机织成布，所得面料导热系数为0.026W/(m·K)。而同织布工艺下制得的不含二氧化硅气凝胶的普通聚乙烯醇纤维所织面料的导热系数为0.053W/(m·K)。这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料隔热性能提升明显。所织造的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料柔软，且反复揉搓及洗涤后，无掉粉或功能组分脱离情况。即使在洗涤50次后，其导热系数仍可低至0.028W/(m·K)，这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料具有优秀的耐洗涤性能。
实施例3
具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维的制备，步骤如下：
1)取9.5kg水，并按以下比例对其它原料进行称量：95％水、3％二氧化硅气凝胶、1％海藻酸钠、1％聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。将上述物料加入到15L的可加热的容器中加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌1h，停止搅拌和加热，冷却，制得二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液。
2)取8kg水置于15L的可加热的容器中，再加入2kg聚乙烯醇，并加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌30min，停止搅拌和加热，冷却，制得浓度为20％的聚乙烯醇溶液。
3)取80kg纯乙醇至于150L物料桶中，然后加入20kg水，并强力机械以500rpm的速度搅拌5min，停止搅拌，制得第一段凝固浴溶液。
4)取77.6kg水至于150L物料桶中，然后缓慢加入40kg浓度为60％的稀硫酸，并在加入过程中进行100rpm的低速机械搅拌，再加入2.4kg甲醛。然后强力机械以500rpm的速度搅拌10min，停止搅拌，制得第二段凝固浴溶液。
5)将浓度为20％的聚乙烯醇溶液倒入同轴湿法纺丝机的外相物料筒，将二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液倒入同轴湿法纺丝机的內相物料筒。使用一段长4米的水槽作为第一凝固浴槽，并倒入配制的第一段凝固浴溶液。使用一段长6米的水槽作为第二凝固浴槽，并倒入配制的第二段凝固浴溶液。然后在室温下进行湿法纺丝，并收卷纤维，在60℃下干燥12h，得到具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维。
所制得的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维强度为6.99cN/dtex，普通聚乙烯醇纤维强度为7.34cN/dtex，这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维强度保持率较高。将二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维采用箭杆梭织机织成布，所得面料导热系数为0.038W/(m·K)。而同织布工艺下制得的不含二氧化硅气凝胶的普通聚乙烯醇纤维所织面料的导热系数为0.055W/(m·K)。这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料隔热性能提升明显。所织造的二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料柔软，且反复揉搓及洗涤后，无掉粉或功能组分脱离情况。即使在洗涤50次后，其导热系数仍可低至0.040W/(m·K)，这表明二氧化硅气凝胶/聚乙烯醇杂化纤维所织面料具有优秀的耐洗涤性能。
实施例4
具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维的制备，步骤如下：
1)取9.5kg水，并按以下比例对其它原料进行称量：95％水、3％二氧化硅气凝胶、1％海藻酸钠、1％聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。将上述物料加入到15L的可加热的容器中加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌1h，停止搅拌和加热，冷却，制得二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液。
2)取91kg N,N-二甲基乙酰胺置于150L的可加热的容器中，再加入3kg粘胶纤维素及6kg氯化锂。并加热至110℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌3h，停止搅拌和加热，冷却，并使用真空脱泡机脱泡，制得浓度为3％的粘胶纤维素溶液。
3)将浓度为3％的粘胶纤维素溶液倒入同轴湿法纺丝机的外相物料筒，将二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液倒入同轴湿法纺丝机的內相物料筒。使用一段长6米的水槽作为凝固浴槽，并倒入纯水作为凝固浴溶液。然后在室温下进行湿法纺丝，并收卷纤维，在60℃下干燥12h，得到具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维。
所制得的二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维强度为1.6cN/dtex，普通聚乙烯醇纤维强度为2.0cN/dtex，这表明二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维强度保持率较高。将二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维以80：20与棉进行混纺成纱线，得到二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维与绵的混纺纱。采用箭杆梭织机将混纺纱织成布，所得面料导热系数为0.034W/(m·K)。而同织布工艺下制得的不含二氧化硅气凝胶的普通纤维素纤维与棉混纺纱所织面料的导热系数为0.049W/(m·K)。这表明二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维所织面料隔热性能提升明显。所织造的二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维所织面料柔软，且反复揉搓及洗涤后，无掉粉或功能组分脱离情况。即使在洗涤50次后，其导热系数仍可低至0.034W/(m·K)，这表明二氧化硅气凝胶/纤维素杂化纤维所织面料具有优秀的耐洗涤性能。
实施例5
具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维的制备，步骤如下：
1)取9.5kg水，并按以下比例对其它原料进行称量：95％水、3％二氧化硅气凝胶、1％海藻酸钠、1％聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。将上述物料加入到15L的可加热的容器中加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌1h，停止搅拌和加热，冷却，制得二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液。
2)取96kg水置于150L的可加热的容器中，再加入4kg海藻酸钠。并加热至80℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌6h，停止搅拌和加热，冷却，并使用真空脱泡机脱泡，制得浓度为4％的海藻酸钠溶液。
3)取115.2kg水至于150L物料桶中，然后加入4.8kg氯化钙，然后强力机械以500rpm的速度搅拌30min，停止搅拌，制得氯化钙凝固浴溶液。
将浓度为4％的海藻酸钠溶液倒入同轴湿法纺丝机的外相物料筒，将二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液倒入同轴湿法纺丝机的內相物料筒。使用一段长6米的水槽作为凝固浴槽，并倒入所制备的氯化钙凝固浴溶液。然后在室温下进行湿法纺丝，并收卷纤维，在80℃下干燥12h，得到具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/海藻酸钙杂化纤维。
所制得的二氧化硅气凝胶/海藻酸钙杂化纤维强度为3.02cN/dtex，普通海藻酸钙纤维强度为3.31cN/dtex，这表明二氧化硅气凝胶/海藻酸钙杂化纤维强度保持率较高。将二氧化硅气凝胶/海藻酸钙杂化纤维采用箭杆梭织机织成布，所得面料导热系数为0.042W/(m·K)。而同织布工艺下制得的不含二氧化硅气凝胶的普通海藻酸钙纤维所织面料的导热系数为0.076W/(m·K)。这表明二氧化硅气凝胶/海藻酸钙杂化纤维所织面料隔热性能提升明显。所织造的二氧化硅气凝胶/海藻酸钙杂化纤维所织面料柔软，且反复揉搓及洗涤后，无掉粉或功能组分脱离情况。即使在洗涤50次后，其导热系数仍可低至0.048W/(m·K)，这表明二氧化硅气凝胶/海藻酸钙杂化纤维所织面料具有优秀的耐洗涤性能。
实施例6
具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/高聚物杂化纤维的制备，步骤如下：
1)取9.5kg水，并按以下比例对其它原料进行称量：95％水、3％二氧化硅气凝胶、1％海藻酸钠、1％聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯。将上述物料加入到15L的可加热的容器中加热至60℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌1h，停止搅拌和加热，冷却，制得二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液。
2)取85kg二甲基亚砜置于150L的可加热的容器中，再加入15kg聚丙烯腈。并加热至80℃，使用强力搅拌机以500rpm的速度搅拌6h，停止搅拌和加热，冷却，并使用真空脱泡机脱泡，制得浓度为15％的聚丙烯腈溶液。
3)取72kg水至于150L物料桶中，然后加入48kg二甲基亚砜，然后强力机械以500rpm的速度搅拌10min，停止搅拌，制得浓度为40％的二甲基亚砜凝固浴溶液。
4)将浓度为15％的聚丙烯腈溶液倒入同轴湿法纺丝机的外相物料筒，将二氧化硅气凝胶含量为3％的二氧化硅气凝胶水性分散液倒入同轴湿法纺丝机的內相物料筒。使用一段长6米的水槽作为凝固浴槽，并倒入浓度为40％的二甲基亚砜凝固浴溶液。然后在室温下进行湿法纺丝，并收卷纤维，在60℃下干燥12h，得到具有皮芯结构及隔热性能的二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维。
所制得的二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维强度为2.56cN/dtex，普通聚乙烯醇纤维强度为2.84cN/dtex，这表明二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维强度保持率较高。将二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维以80：20与棉进行混纺成纱线，得到二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维与绵的混纺纱。采用箭杆梭织机将混纺纱织成布，所得面料导热系数为0.028W/(m·K)。而同织布工艺下制得的不含二氧化硅气凝胶的普通聚丙烯腈纤维与棉混纺纱所织面料的导热系数为0.045W/(m·K)。这表明二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维所织面料隔热性能提升明显。所织造的二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维所织面料柔软，且反复揉搓及洗涤后，无掉粉或功能组分脱离情况。即使在洗涤50次后，其导热系数仍可低至0.029W/(m·K)，这表明二氧化硅气凝胶/聚丙烯腈杂化纤维所织面料具有优秀的耐洗涤性能。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)采用二氧化硅气凝胶水性分散液作为同轴湿法纺丝的內相，采用湿法纺丝用聚合物溶液作为同轴湿法纺丝的外相，进行湿法纺丝；
2)在纺丝细流从同轴纺丝喷嘴出来后，经凝固浴固化得到预成型纤维，再将预成型纤维经50～80℃的高温干燥定型，然后进行收卷，得到具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维。
2.根据权利要求1所述的具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述二氧化硅气凝胶水性分散液的制备方法包括如下步骤：按照质量百分含量，将80～95％的水、3～15％的二氧化硅气凝胶、1～3％的海藻酸钠以及1％～2％的聚氧乙烯失水山梨醇单油酸酯进行混合，然后均质，得到含有气泡的均匀分散液，然后进行真空脱泡，得到二氧化硅气凝胶水性分散液。
3.根据权利要求1所述的具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的制备方法，其特征在于，步骤1)中，所述湿法纺丝用聚合物溶液包括但不限于：
聚乙烯醇溶液，按照质量百分含量，其包括10％～20％的聚乙烯醇和80％～90％的水；
纤维素溶液，按照质量百分含量，其包括3％～6％的粘胶纤维素、82％～91％的N,N-二甲基乙酰胺和6％～12％的氯化锂，其中粘胶纤维素与氯化锂质量比为1:2；
海藻酸钠溶液，按照质量百分含量，其包括1％～4％的海藻酸钠和96％～99％的水；
聚丙烯腈溶液，按照质量百分含量，其包括15％～20％聚丙烯腈和80％～85％二甲基亚砜。
4.根据权利要求3所述的具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的制备方法，其特征在于：
步骤1)中高聚物采用聚乙烯醇溶液，对应的，步骤2)中，依次采用第一段凝固浴溶液和第二段凝固浴溶液进行固化，其中：第一段凝固浴溶液为80wt％以上的乙醇的水溶液；第二段凝固浴包括20wt％～25wt％硫酸、2wt％～2.5wt％甲醛和78wt％～72.5wt％的水，其中硫酸与甲醛质量比为10:1；
步骤1)中高聚物采用纤维素溶液，对应的，步骤2)中采用的凝固浴溶液为纯水；
步骤1)中高聚物采用海藻酸钠溶液，对应的，步骤2)中采用的凝固浴溶液为3～5wt％的氯化钙溶液；
步骤1)中高聚物采用聚丙烯腈溶液，对应的，步骤2)中采用的凝固浴溶液包括40wt％～60wt％的二甲基亚砜和40wt％～60wt％水的。
5.一种根据权利要求1至4任一所述的制备方法制备得到的具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维。
6.一种根据权利要求5所述的具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的应用，其特征在：作为隔热材料。
7.一种根据权利要求5所述的具有皮芯结构的二氧化硅气凝胶与高聚物的杂化纤维的应用，其特征在：用于制备织物。
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